Μέθοδοι ενεργοποίησης ψηφίδων πυριτίου για εφαρμογές σε βιοαισθητήρες (EL)

Αντωνίου, Μαρία

Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος (EL)

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών (EL)

Χατζηγεωργίου, Ευάγγελος

Αντωνίου, Μαρία

Για την ανάπτυξη οπτικών βιοαισθητήρων με μεταλλάκτες σήματος που κατασκευάζονται από διοξείδιο ή νιτρίδιο του πυριτίου είναι απαραίτητη η χημική ενεργοποίηση της επιφάνειας του μεταλλάκτη με σκοπό την σταθερή, επαναλήψιμη και ομοιογενή πρόσδεση των βιομορίων. Οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι χημικής ενεργοποίησης επιφανειών διοξειδίου/νιτριδίου του πυριτίου βασίζονται στην χρήση σιλανίων τα οποία μπορεί να φέρουν ομάδες κατάλληλες για την ακινητοποίηση βιομορίων μέσω προσρόφησης ή ομοιοπολικής σύνδεσης. Στην παρούσα εργασία έγινε βελτιστοποίηση μεθόδων χημικής ενεργοποίησης επιφανειών από διοξείδιο/νιτρίδιο του πυριτίου με (3-αμινοπροπυλο)-τριαιθοξυσιλάνιο (APTES) έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η ακινητοποίηση βιομορίων τόσο μέσω προσρόφησης όσο και ομοιοπολικά. Οι μέθοδοι χημικής ενεργοποίησης που μελετήθηκαν περιλάμβαναν τροποποίηση της επιφάνειας με υδατικό ή οργανικό διάλυμα APTES. Οι επιφάνειες αυτές χρησιμοποιήθηκαν ως είχαν για την ακινητοποίηση πρωτεϊνικών μορίων με φυσική προσρόφηση ή ακολούθησε τροποποίηση τους με γλουταραλδεϋδη ώστε η ακινητοποίηση να πραγματοποιηθεί μέσω ομοιοπολικής αντίδρασης των αμινομάδων του APTES με τις ελεύθερες αμινομάδες των πρωτεϊνικών μορίων. Για την αξιολόγηση των διαφορετικών πρωτοκόλλων χημικής τροποποίησης των επιφανειών διοξειδίου/νιτριδίου του πυριτίου ως προς την ικανότητα ακινητοποίησης βιομορίων, στις επιφάνειες ακινητοποιήθηκαν γ-σφαιρίνες ποντικού και μετά από αντίδραση με φθοροεπισημασμένο αντίσωμα αιγός έναντι των γ-σφαιρινών ποντικού προσδιορίστηκε η ένταση του σήματος φθορισμού. Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση διαφόρων παραμέτρων όπως η συγκέντρωση του σιλανίου, ο χρόνος επώασης με την επιφάνεια, ο χρόνος αντίδρασης και η περιεκτικότητα του διαλύματος γλουταραλδεΰδης, η συγκέντρωση και ο χρόνος επώασης με το διάλυμα των γ-σφαιρινών ποντικού κ.ά. Βρέθηκε ότι η τροποποίηση επιφανειών με διάλυμα APTES 5% (o/o) σε απόλυτη αιθανόλη ακολουθούμενη από αντίδραση με γλουταραλδεΰδη παρείχε σήματα φθορισμού κατά 30% υψηλότερα σε σχέση με τα υπόλοιπα πρωτόκολλα. Επιπλέον, η συγκεκριμένη μέθοδος παρείχε τις χαμηλότερες τιμές διακύμανσης σήματος μεταξύ διαφορετικών ψηφίδων. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώθηκαν με μετρήσεις σε αισθητήρα φασματοσκοπίας ανάκλασης λευκού φωτός, στον οποίον ο μεταλλάκτης είναι ψηφίδες πυριτίου στις οποίες είχε εναποτεθεί υμένιο διοξειδίου του πυριτίου, παρακολουθώντας σε πραγματικό χρόνο τόσο την αντίδραση γ-σφαιρινών ποντικού/αντισώματος κατά των γ-σφαιρινών ποντικού όσο και με την ακινητοποίηση αντισώματος κατά της C-αντιδρώσας πρωτεΐνης και χρήση των ψηφίδων για τον ανοσοχημικό προσδιορισμό της C-αντιδρώσας πρωτεΐνης. Ως εκ τούτου, η προτεινόμενη μέθοδος χημικής και βιοχημικής ενεργοποίησης ψηφίδων πυριτίου αναμένεται να βοηθήσει στην βελτίωση των αναλυτικών χαρακτηριστικών οπτικών αισθητήρων με μεταλλάκτες σήματος που κατασκευάζονται από διοξείδιο/νιτρίδιο του πυριτίου. (EL)

The development of optical biosensors based on transducers made of silicon dioxide or nitride requires the chemical activation of the transducer surface in order to achieve stable, repeatable and homogeneous binding of the biomolecules. The methods most commonly employed for chemical activation of silicon dioxide/nitride surfaces are based on the use of silanes which could carry groups suitable for immobilization of biomolecules by adsorption or covalent attachment. In the present study, the chemical activation of silicon dioxide/nitride surfaces with (3-aminopropyl)-triethoxysilane (APTES) was optimized so as to enable the immobilization of biomolecules by adsorption or covalent bonding. The chemical activation was performed with either aqueous or organic solution of APTES and the surfaces have been used to immobilize protein molecules by physical adsorption or were further modified with glutaraldehyde (which reacts with the amino groups of APTES) to allow covalent binding of protein molecules through reaction with their free amino groups. The protein immobilization capacity of the silicon dioxide/nitride surfaces that have been chemically activated following the different protocols was evaluated through incubation with mouse gamma globulins which were after reaction with a fluorescently labeled goat anti-mouse IgG antibody and of the fluorescence signal inntensity. Various parameters such as the silane concentration, the duration of the incubation with the surface, the concentration of glutaraldehyde solution and the duration of the incubation with the surface, the concentration and incubation time with the mouse gamma globulin solution, etc. have been optimized. It was found that modification with 5% (v/v) APTES solution in absolute ethanol followed by glutaraldehyde reaction provided fluorescence signals 30% higher than all the other protocols tested. In addition, this method provided the lower signal variation between different chips. These results were confirmed by real-time monitoring of reaction between immobilized mouse γ-globulin with the/antibody against mouse IgG as well as through immobilization of an antibody against C-reactive protein and performance of a non-competitive immunoassay for the determination of C-reactive protein. For this purpose a white light interference spectroscopy sensor based on silicon die modified with a silicon dioxide film was implemented. Therefore, the proposed method of chemical and biochemical activation is expected to help improve the analytical characteristics of optical sensors relying on signal transducers made of silicon dioxide/nitride. (EN)

masterThesis

Διοξείδιο/νιτρίδιο του πυριτίου (EL)

Oxide and nitride (EN)

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

Ιδρυματικό Αποθετήριο Ολυμπιάς

Πολυτεχνική Σχολή

ΑΠΟΘΕΤΗΡΙΟ "ΟΛΥΜΠΙΑΣ"

Ελληνική γλώσσα

2019

https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/30501

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών (EL)